热力学绪论2003

工程热力学EngineeringThermodynamics,清华大学热能工程系,TsinghuaUniversityDept.ofThermalEngineering,教师介绍（1）,史琳，博士，教授,博士生导师热能工程系工程热物理研究所中国能源研究会热力学及工程应用委员会委员中国工程热物理学会工程热力学分会委员中国计量测试学会热物性分会委员中科院精密铜管工程研究中心技术委员会委员,教师介绍（2）,节能理论和技术主要研究方向环保工质工质热物性,教师介绍（3）,办公地址：热能工程系系馆西门1楼A107电话号码：62787613电子邮件:rnxsl,绪论,工程热力学是重要的技术基础课,工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换规律的科学,Preface,Thermodynamicscanbedefinedasthescienceofenergy,heat,Therme,dynamis,power,(Greekwords),热能,ThermalEnergy,能源转换利用的关系,热能,电能,机械能,风能,水能,化学能,核能,地热能,太阳能,一次能源(天然存在),二次能源,光电转换,燃料电池,光热,聚变,裂变,燃烧,水车,水轮机,风车,热机,电动机,发电机,90%,转换,直接利用,供暖,工程热力学与节能,工程热力学是一门研究热能有效利用及热能和其它形式能量转换规律的科学,能源energysources的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量32.74亿吨可开采1520年,石油Petroleum,世界40-50年,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量11704亿m3可开采2858年,天然气NaturalGas,世界60年,能源的资源,2000.12.30世界能源报道,我国探明可开采储量1145亿吨可开采5481年,煤炭Coal,世界220年,能源消费水平,日、德、俄等56吨标煤/人年,美国11吨标煤/人年,我国规划：20302050年2.53吨标煤/人年,我国1吨标煤/人年,发电为例,我国电力2亿5千万千瓦,中等发达国家1kW/人,发达国家6kW/人,2050年1kW/人15亿千瓦,我国0.2kW/人,电的来源,煤：9亿kW,2050年1kW/人15亿千瓦,水能：3亿7千6百kW,核能：2亿kW,风能、太阳能：1亿kW,EnergyandEnvironment,SO2、粉尘、CO2（酸雨）（温室效应）,acidrain,Greenhouseeffect,燃煤：,车辆：,NOx、HC、CO,O3,雾Smog,SUN,缺氧,中国平均供电耗煤量的变化,g/kW.h,中国与日本工业能耗比较,节能EnergySaving,节能是近年来的基本国策“开发和节约并重”节能任重道远是我们的责任,热力学的分类,工程热力学：热能与机械能物理热力学化学热力学生物热力学溶液热力学,热力学,热机种类,发电（火力、核能）40%车辆发动机（内燃机）2535%轮船发动机2535%航空发动机2030%制冷空调(非热机，同理）200%,能量利用率,heatengin,Energyefficiency,火力发电装置基本特点,锅炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,1、热源，冷源2、工质（水，蒸汽）3、膨胀做功4、循环(加压、加热、膨胀做功、放热),燃气装置基本特点,1、热源，冷源2、工质（燃气）3、膨胀做功4、循环(加压、加热、膨胀做功、放热),压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,内燃机装置,空气、油,废气,吸气,压缩点火,膨胀,排气,internalcombustionengine,内燃机装置基本特点,1、热源，冷源2、工质（燃气）3、膨胀做功4、循环(加压、加热、膨胀做功、放热),制冷空调装置基本特点,1、热源，冷源2、工质（制冷剂）3、得到容积变化功4、循环(加压、放热、膨胀、吸热),热力装置共同基本特点,1、热源，冷源heatreservoir2、工质medium3、容积变化功movingboundarywork4、循环cycle,热机,高温热源,低温热源,Q1,Q2,W,动力循环简图,热效率,Thermalefficiency,思考题？,2、为何要有两个热源，能否不要低温热源,不放热，W=Q是否可以进行？,3、发电厂效率高的只有40%左右，可否有途径提高，最高效率是否有极限？极限为多少？,1、为什么永动机不能实现？,Perpetualmotionmachine,4、热能和机械能通过什么介质转换,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热力学基础,1、宏观方法：连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结特点：可靠，普遍，不能任意推广经典（宏观,平衡）热力学classical(macroscopic,equilibrium),工程热力学研究方法,2、微观方法：从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律特点：揭示本质，模型近似微观（统计）热力学microscopic(statistical)thermodynamics,工程热力学研究方法,工程热力学传热学HeatTransfer流体力学Hydrodynamics燃烧学Combustion热物性学Thermophysicalproperty,工程热力学所属学科,工程热物理,Engineeringthermophysics,1、有几位科学家在热力学作出了贡献，获诺贝尔奖？,小知识（1）,2、中国哪位教授与美国教授合作提出的状态方程得到普遍认可？,3、Entropy和Enthalpy是清华哪位教授译为“熵”和“焓”？,4、为什么恩格斯说“卡诺定理”是头重脚轻的定理？,1、Maxwell妖是什么？,小知识（2）,2、“吉布斯佯谬”又是什么？,3、哪位清华校友提出的HFC-125状态方程被评为国际标准方程？,4、哪位清华博士获国际制冷学会热力学“卡诺”奖？,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（1）,J.D.范.德瓦尔斯JohannesvanderWaals(1837-1923)荷兰气体和液体状态方程1910年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（2）,M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德国发现能量子（量子理论）热二律1918年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（3）,W.H.能斯脱WaltherHermannNernst(1864-1941)德国热化学，熵基准1920年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）,L.昂萨格LarsOnsager(1903-1976)美国不可逆过程热力学理论1968年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）,I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利时热力学的耗散结构理论1977年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6）,K.G.威尔逊KennethG.Wilson(1936-)美国临界重整化群理论1982年诺贝尔物理奖,参考书,1、工程热力学沈维道等高教出版社2、工程热力学曾丹苓等高教出版社3、工程热力学刘桂玉等高教出版社4、工程热力学庞麓鸣等高教出版社5、热力学分析朱明善等高教出版社6、工程热力学题型分析朱明善等清华出版社7、FundamentalsofClassicalThermodynamicsGordonJ.etal.Fifthed8、Thermodynamics,YunusA.Gengeletal.FourthEdition,教学要求,1、弄清基本概念，注意每章后的思考题2、独立完成作业，每周二按时交3、发挥主观能动性，积极完成大作业4、有问题及时解决，不要拖至考试5、校级一类课，积极配合,c